Чем цепляются гекконы?

Едва заметный жирный осадок, обнаруженный в следах гекконов, наконец-то может решить загадку дивной способности этих ящериц приклеиваться к стенам и потолкам.

Фото Ali Dhinojwala / University of Akron.

Предыдущие исследования показали, что гекконы не пользуются клейкими веществами или присосками. За эти подвиги несёт ответственность ван-дер-ваальсово взаимодействие между микроскопическими белковыми щетинками на подушечках лап гекконов и поверхностью, за которую они цепляются, игнорируя силу тяжести.

Однако исследователи из Университета Акрона (США) заметили, что в следах геккона что-то есть. Анализ остатков показал, что они состоят в основном из фосфолипидов с фосфохолиновыми концевыми группами. Кроме того, обнаружены преимущественно гидрофобные метиловые и метиленовые группы, а также полное отсутствие воды в месте контакта подушечки пальца с поверхностью.

Присутствие липидов до сих пор никогда не рассматривалось в моделях адгезии гекконов.

Быть может, когда-нибудь на их основе удастся создать многоразовую клейкую ленту и другие продукты, обладающие всеми свойствами лап гекконов?..

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the Royal Society Interface.

Удивительная способность гекконов без труда ползать по абсолютно гладким поверхностям объясняется простыми физическими законами.

Их умение цепляться есть результат явления контактной электризации, а вовсе не действия вандерваальсовых сил, как полагалось ранее. К такому выводу пришли учёные из университета Ватерлоо в Канаде, которые изучали электростатические взаимодействия между ногами ящерицы и двумя типами различных поверхностей.

Гекконы обладают уникальной структурой лап. Каждая из их стоп покрыта слоями микроскопических, похожих на волоски структур, которые разделяются на ещё более мелкие щетинки. В силу их малого размера щетинки образуют очень плотный контакт с любой, даже совершенно гладкой поверхностью. Каждый волосок способствует лишь небольшому притяжению, но вместе они производят комбинированную силу сцепления около 10 Ньютонов для каждой лапки, что позволяет гекконам висеть на потолке, прикрепившись всего одной ногой.

Согласно общепринятой теории, притяжение является результатом так называемых вандерваальсовых сил. Это слабые диполь-дипольные силы, действующие между соседними атомами и молекулами в результате перераспределения концентрации электронов.

Чтобы проверить справедливость данной теории, Александр Пенлидис (Alexander Penlidis) и его коллеги изучали на микроскопическом уровне способности геккона к прилипанию к любым поверхностям. Они обнаружили, что эффект контактной электризации возникает когда два материала (ноги и поверхности) соприкасаются и обмениваются электрическими зарядами. Результатом является чистый отрицательный электростатический заряд у одного материала и положительный заряд у другого, что вызывает силу притяжения между ними.

Гекконы способны ползать по абсолютно гладким поверхностям (фото Wikimedia Commons).

В рамках эксперимента физики измерили электрические заряды и адгезионные силы, возникающие при соприкосновении лап геккона с двумя типами полимерных поверхностей — одна из тефлона AF и другая из полидиметилсилоксана. В обоих случаях при контакте лапы геккона оказывались положительно заряженными, а поверхности, соответственно, приобретали отрицательный заряд.

Кроме того, сила адгезии коррелировала с величиной электростатического заряда, который был сгенерирован. Несмотря на то, что тефлоновая поверхность имеет меньший потенциал для генерации вандерваальсовых сил, именно с ней у геккона получилось создать наибольшее сцепление. Это, по мнению исследователей, говорит о том, что именно контактная электризация играет основную роль в способности гекконов к адгезии. Результаты исследования были описаны в статье, опубликованной в издании Journal of the Royal Society Interface.

Данное открытие является первым за 80 лет опровержением общепринятой теории о том, что электростатические взаимодействия не имеют отношения к "липкости" лап геккона. Пенлидис и его коллеги считают, что их исследование берёт начало ещё в 1934 году, когда немецкий учёный Вольф-Дитрих Деллит (Wolf-Dietrich Dellit) проводил свой собственный эксперимент.

Природа снабдила лапы геккона особыми щетинками, создающими ультратесный контакт с поверхностью (фото Wikimedia Commons).

Тогда физик использовал ионизированный воздух, который нейтрализовал бы электростатические взаимодействия, и направил его в сторону лап геккона, привязанного к металлической поверхности. Однако действие воздуха не возымело никакого влияния на способности животного. Пенлидис объясняет, что наблюдения Деллита соответствует их заключению, поскольку контакт между щетинками и поверхностью насколько тесен, что ионизированные молекулы в воздухе просто оказываются не в состоянии проникнуть между ними, чтобы нейтрализовать взаимодействие.

В связи с этим открытием остаются без ответа пока только два вопроса: как геккон удерживается на более грубых и неровных поверхностях и почему в процессе эволюции эти животные приобрели столь необычную способность. Первым вопросом Пенлидис и его коллеги обещали заняться в ближайшее время, но на второй смогут ответить только биологи.